關(guān)于SMC電磁閥信息反饋方式的分析

發(fā)布時(shí)間:2020-02-06

    關(guān)于SMC電磁閥信息反饋方式的分析
    SMC電磁閥亦稱(chēng)反饋控制系統，這是一種基本的控制系統。在閉環(huán)控制系統中，被控信號以反饋方式送入調節器的輸入端，作為不斷引起控制作用的依據，而控制的目的是盡可能地減少被控量與其設定值之問(wèn)的偏差。
    SMC電磁閥閥位測量在工業(yè)過(guò)程控制中起著(zhù)非常大的作用，準確、及時(shí)的測量閥門(mén)閥位，直接決定調節系統調節的準確性、快速性、穩定性等指標。測量信號的可靠性和準確性是決定自動(dòng)控制系統品質(zhì)的基礎。
    此電站中有近百臺電動(dòng)調節閥需要參與閉環(huán)控制。在閥門(mén)調試過(guò)程中，發(fā)現部分閥門(mén)實(shí)際開(kāi)度和閥位測量開(kāi)度不對應，閥門(mén)向關(guān)閉方向偏差呈偏大趨勢;實(shí)際操作閥門(mén)時(shí)，發(fā)現當閥門(mén)從開(kāi)向關(guān)，或者從關(guān)向開(kāi)的過(guò)程中，存在一定比例的閥門(mén)行程操作但閥位顯示無(wú)變化，即閥位測量回程存在死區的現象廠(chǎng)。
    SMC電磁閥的閥位是通過(guò)電動(dòng)頭中的電位計反饋。電動(dòng)頭的轉動(dòng)通過(guò)聯(lián)軸器連接閥桿，將電動(dòng)頭螺桿螺母的轉動(dòng)轉換為閥桿的直線(xiàn)運動(dòng)，電動(dòng)頭的轉動(dòng)同時(shí)改變電位計中電阻絲電阻值(類(lèi)似滑動(dòng)變阻器)，終電位計輸出4-20mA電流，建立電流和閥位的線(xiàn)性關(guān)系。
    SMC電磁閥根據事件描述和電位計的工作原理，對直接原因、問(wèn)接原因和根本原因分析如卜:
    SMC電磁閥部分核島電動(dòng)調節閥參與閉環(huán)控制，閉環(huán)控制對于閥位信號精度要求相對于一般閥門(mén)更*，導致電動(dòng)頭反饋的閥位信息無(wú)法滿(mǎn)足要求。
    SMC電磁閥處于自動(dòng)模式時(shí)，過(guò)程控制設定量與感應器測得系統的實(shí)際量進(jìn)行對比，通過(guò)PID(比例積分微分控制系統)計算出閥門(mén)需要調節的閥位值，包括開(kāi)或關(guān)的量以及開(kāi)關(guān)的速率。閥門(mén)的位置指示器反饋閥位，設定值(被調量和閥位信息不斷被反饋給控制系統，進(jìn)行調節。
    在電動(dòng)調節閥正、反向控制過(guò)程中，因死區原因，閥門(mén)在死區的行程內，閥門(mén)開(kāi)度指令信號和閥位測量信號無(wú)變化，無(wú)法實(shí)現調節。
    實(shí)際調節過(guò)程中，當被調量與設定值偏差較小，需要反方向小范圍調節閥門(mén)，經(jīng)過(guò)一個(gè)調節過(guò)程后，因死區的存在，必然使閥門(mén)實(shí)際動(dòng)作行程大于死區范圍，從而使被調量偏差反方向進(jìn)一步加大，又進(jìn)入卜一個(gè)較大幅度的調節過(guò)程，終閥門(mén)頻繁動(dòng)作，被調量在較大范圍內波動(dòng)而無(wú)法穩定，這種現象尤其在低開(kāi)度時(shí)更為明顯。一般情況卜，自動(dòng)調節系統執行機構及其反饋通道的死區較小時(shí)，可通過(guò)設置PID的調節死區來(lái)解決被調量波動(dòng)和執行機構頻繁動(dòng)作的問(wèn)題，但因工藝系統自身要求，被調量與設定值問(wèn)偏差不能過(guò)大(過(guò)大后調節滯后，調節幅度較大，不利于調節系統穩定)，要求這一死區不得大于2%。
    SMC電磁閥電機轉數經(jīng)多級變速、減速齒輪后，通過(guò)安裝在末級齒輪輸出軸上的電位器，將轉數信號輪換為對應的電阻值，再通過(guò)DCS將電阻值轉換為相應的閥門(mén)開(kāi)度，從而實(shí)現閥門(mén)閥位的測量。當閥門(mén)同方向開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪問(wèn)緊緊嚙合，沒(méi)有問(wèn)隙，此時(shí)不會(huì )形成同方向開(kāi)關(guān)死區，而當反方向關(guān)閉或開(kāi)啟閥門(mén)時(shí)，由于齒輪問(wèn)存在咬合問(wèn)隙，且經(jīng)多級齒輪問(wèn)問(wèn)隙疊加，導致安裝在末級齒輪輸出軸上的電位器不能和閥門(mén)同步旋轉，從而產(chǎn)生了死區。
    SMC電磁閥的處理措施
    通過(guò)外置傳感器提供閥位信息，在閥桿上增加位置指示器，直接測量閥位信息后反饋給控制系統。目前此方式已在此電站的其他閥門(mén)上應用，經(jīng)調試可以準確反饋調節閥閥位。
    （一）流通能力
    SMC電磁閥的流通能力反映的是閥門(mén)的通過(guò)能力，其定義是閥兩端的壓差為1bar時(shí)通過(guò)閥門(mén)的流量，常用Kv表示，Kv=Q/ΔP，式中Q指流經(jīng)調節閥的流量，單位為m3/h；ΔP指調節閥前后的壓差，單位為bar。當閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，流通能力強，Kv值大，稱(chēng)為Kvs；當閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，流通能力為0。
    （二）流量特性曲線(xiàn)
    SMC電磁閥的流量特性曲線(xiàn)反映的是當額定行程從0變化到100%時(shí)，流經(jīng)閥門(mén)的流量與百分比額定行程間的關(guān)系，也反映出了調節閥的相對流量與相對開(kāi)度的關(guān)系。閥門(mén)的壓降恒定時(shí)，經(jīng)過(guò)閥門(mén)的流量特性稱(chēng)為理想流量特性；閥門(mén)的壓降變化時(shí)，經(jīng)過(guò)閥門(mén)的流量特性稱(chēng)為工作流量特性。
    （三）閥權度
    SMC電磁閥的閥權度指調節閥全開(kāi)時(shí)兩端的壓降與調節閥全關(guān)時(shí)調節系統兩端的壓降之比。電動(dòng)調節閥的閥權度大小，關(guān)系到系統的調節能力。閥權度越小，系統的調節能力越差；反之則越*。
    （四）可調比和關(guān)閉壓差
    SMC電磁閥的可調比，即調節所能控制的大流量與小流量之比。在運行時(shí)，流量變化應在調節閥的可控范圍內。關(guān)閉壓差為調節閥全關(guān)時(shí)閥門(mén)兩端的大壓差，如果調節閥的關(guān)閉壓差超過(guò)允許范圍，應立即采取措施（如串聯(lián)壓差控制閥）使其恢復正常范圍。
    二、SMC電磁閥的設計選型
    （一）SMC電磁閥在設計選型時(shí)需要考慮的參數有流量、閥前壓力、壓差、閥后壓力和溫度等。首先，熱力站供熱范圍內的供熱面積、建筑的保溫**、散熱器種類(lèi)、房間的供暖溫度等因素決定了熱力站的供熱負荷；其次，通過(guò)一次網(wǎng)的供回水溫度可以確定熱力站的一次側流量，進(jìn)而確定調節閥的流量；后，調節閥的閥前壓力、壓差或閥后壓力可由供熱系統一次網(wǎng)的水壓圖和熱力站的阻力損失求得，要根據供熱系統的實(shí)際情況確定。
    （二）SMC電磁閥的*原則，是調節閥的開(kāi)度變化與換熱器的換熱量變化成線(xiàn)性關(guān)系。熱力站水-水換熱器的換熱特征是一條上拋型曲線(xiàn)，所以應選擇等百分比的流量特性調節閥。此外，為了能在實(shí)際工作中**調節**，調節閥的閥權度不應小于0.25~0.3。電動(dòng)調節閥的閥體口徑應按照流通能力的Kvs選擇，執行機構的選型需滿(mǎn)足大關(guān)閉壓差的要求。
    （三）SMC電磁閥一次側的供回水溫度計算出電動(dòng)調節閥的流量；根據一次網(wǎng)的水壓圖、熱力站的阻力和閥權度確定電動(dòng)調節閥的壓降；計算所需Kv值；查找電動(dòng)調節閥的選型樣本，選取大于Kv值且處于同一檔的Kvs值，選擇調節閥的口徑；計算調節閥實(shí)際全開(kāi)時(shí)的壓降，再計算實(shí)際閥權度，且不宜小于0.25~0.3；查看選型樣本中的允許壓差、允許溫度并選擇閥型；根據選型樣本選擇與閥體匹配的執行機構，并滿(mǎn)足關(guān)閉壓差要求，確定控制信號類(lèi)型。
    三、資用壓頭過(guò)大的解決措施
    （一）SMC電磁閥的作用是克服供熱系統提供的多余資用壓頭，使電動(dòng)調節閥能在合適的壓差下工作，**調節閥的閥端壓降與工作壓差比大于0.25~0.3，改善調節**。從嚴格意義上講，串聯(lián)手動(dòng)調節閥并沒(méi)有改變調節閥的閥權度，只是改變了電動(dòng)調節閥在調節過(guò)程的相對開(kāi)度，使其能在合適的開(kāi)度范圍內工作。當熱力站一次側流量變小時(shí)，就需要調節手動(dòng)調節閥，以降低電動(dòng)調節閥在工作時(shí)的閥端壓降，使其閥門(mén)開(kāi)度維持在允許范圍內。

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